土工实验指导书

土力学试验指导书

1 概述

土工试验包括的内容很多，本讲义主要介绍室内试验的一部分；{建筑地基基础设计规范》GBJ7—89规定的试验项目为：

一、粘性土：颗粒分析，天然密度，天然含水率、比重、可塑性及抗剪强度。

二、砂土：颗粒分析，天然密度，天然含水率，比重及自然休止角。

三、碎石土：必要时可作颗粒分析。对含粘性土较多的碎石土，宜测定天然土的天然含水量和可塑发生。必要时，可作现场大体积密度试验。

四、岩石：必要时，应测定饱和状态的无侧限抗压强度。

土木工程，教学大纲规定的试验项目为：天然密度，天然含水量，流塑限试验，压缩试验和抗剪强度试验。

本试验指导书按《土工试验方法标准》编写，试验最后结果为SI单位。

2 密度试验

密度试验的目的是测定土的单位体积的质量（称为密度），以便了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理力学指标和设计之用。对一般粘牲土，多采用环刀法，即用一定体积的环刀切土，然后称重，得出环刀内土的体积和质量即可算出土的密度。如果土样易碎裂，难以切削，可改用蜡封法。现场条件下，对粗颗粒土，可用灌砂法或灌水法。

环刀法

1．仪器设备

（1）环刀，内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。（体积分别为60cm3和100cm3）。

（2）天平：称量500g，最小分度值0.18或称量200g，最小分度值0.018。

（3）其它：修土刀、刮刀、凡士林油等。

2．操作步骤

（1）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在土样上。

（2）用修土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下压，边压边削，到土样伸出环刀为止。

（3）用刮土刀仔细刮平两端余土，注意刮平时不得使土样扰动或压密。

（4）擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量，准确至0.01g 。 （5）按下式计算土的密度

()00ρ+-=

m m m V

ρ ——土的密度（3/g cm ）

0m m +——环刀加土的质量（g ）

V ——环刀体积（cm 3） 3．试验记录与计算

测量时，为了减小误差，要求测两次，且两次平行测定的允许值，不得超过0.03g/cm 3

密度试验 （环刀法）

工程编号： 试验者： 钻孔编号： 计算者： 试样说明： 校核者：

结果分析：

附：

1．当土样坚硬、易碎或含有粗颗不易修成很规则形状，采用环刀法有困难时，一般采有蜡封法——将要测定密度的土样，称出质量后浸入刚熔化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，分别称量蜡加土在空气及水中的质量，已知蜡的密度，通过简单的计算便可求得土的密度。也可采用水银排出法一将土样称量后，压入盛满水银的器皿中，根据排出水银体积便可换算求得土的密度。

2．在野外现场遇到砂或砂卵石不能取原状土样的，一般可采用灌砂法进行现场密度测定—在测定地点挖一小坑，称量挖出来的砂卵石质量，然后将事先率定（知道质量和体积关系）的风干标准砂轻轻倒入小坑，根据倒入砂的质量可以计算出坑的体积，从而计算出砂卵石的密度。

思考题

1．测定土的密度方法有哪几种，各适用于什么情况?

2．测定密度用的环刀直径和高度比过大过小对密度测定会产生什么影响?

3 含水率试验

土的含水率是指土在100—105℃下烘到质量恒定时所失去的水分质量和达到恒定后干土质量的比值，以百分数表示。在实验室通常用烘干法测定土的含水率——将土样放在烘箱内烘至质量恒定，在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水率时，可根据土的性质和工程情况分别采用；红外线灯烘干法；酒精燃烧法；烘干法等。烘箱烘干法

1．仪器设备

（1）烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持在是100—105℃的其它能源烘箱。

（2）天平：称量100g，最小分度值0.01g。

（3）其它：称量盒、干燥器（内有硅胶或氯化钙作为干燥剂）等。

2．试验步骤

（1）取代表性土样15—30g，放入称量盒内，立即盖好盒盖。

（2）放天平上称量，准确至0.01g。

（3）揭开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度100—150℃下烘至质量恒定。 （4）将烘干后的土祥和盒从烘箱中取出，盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温，称干土质量（准确至0.01g ）。

（5）按下式计算含水量

()()()0000

100%s s m m m m w m m m +-+=⨯+-

式中：w ——含水率（%） m 0——盒质量（g ）

（m 0+m ）——盒加湿土质量（g ） （m 0+m s ）——盒加干土质量（g ） 3．试验记录

密度试验 （环刀法）

工程编号： 试验者： 钻孔编号： 计算者： 试样说明： 校核者：

附：

酒精燃烧法——取代表性的土样（粘性土5—10g ，砂性土20—30g ），放入称量盒内称量，然后用滴管将酒精注入盒内，直到盒内出现自由液面为止，为使酒精和土样混盒均匀，可将盒在桌上轻轻敲击，点燃盒中酒精，烧至火焰熄灭，重复二次，盖好盒盖立即称干土质量，便可计算出含水率。

思考题

含水率试验烘箱温度为什么要在100—105℃间，高了、低了有什么影响?

4 液限试验

粘性土由于其含水量的变化，其状态可呈固定、半固态、可塑态及流动态等。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水率叫界限含水率。界限含水率对粘性土的工程分类及其性质评价都具有重要意义。

液限，就是指土由可塑状态转到流动状态时的界限含水率。如果从强度来考虑，也可以说是土体的抗剪强度“从无到有”的分界点，液限用符号wI表示。

液限用圆锥式液限仪测定。在试验时，当其它条件不变时，仅改变含水量，则液限仪的圆锥入土深度必将随着土样中的含水量的增加而增加。经过多次反复进行无侧限抗压强度和圆锥仪的对比试验中，发现当圆锥的入土深度达到l0mm时，土样的抗剪强度最小。因此，在工程上取圆锥的入土深度为l0mm时，土样的含水率作为液限。

锥形液限仪法

1．仪器设备

重76g的液限仪、秒表、铝盒、切土刀、凡士林等。

2．试验步骤

（1）应尽可能采用天然含水量的土样进行测定。如为风干土时，应预先进行研碎并过0．5mm筛。再喷洒适当的水拌和后放在有盖的玻璃瓶中湿润静止24小时。

（2）取制备好的土样180g左右于磁碗中，加蒸馏水或清水用调土刀调成均匀的粘糊状。然后用刮土刀分层装入试验杯中，填装时勿使土内留有空隙或气泡。再刮去多余的土，使与杯口平齐。注意，刮去多余土时，不得用刮土刀在土面上反复涂抹。

（3）将盛满土样的试验杯连同底面的玻璃一起拿起，检查底部有无孔隙，同时检查液限仪的锥尖是否在平衡环的正中并保持垂直状态。

（4）用布擦净锥式液限仪，并在锥尖上涂一薄层凡士林，提住锥体上端手柄，